Earticle

본 연구에서는 물온도계 만들기 활동이라는 구체적 탐구 상황에서 과학 영재 중학생들의 통합 탐구 능력을 분석하였다. 분석 결과 과학 영재 학생들은 문제 인식, 가설 설정, 변인 통제에서 요구하는 형식적인 기능에 대해서는 잘 알고 있었으나 연구 문제, 가설, 변인의 구체적 표현 능력은 부족하였다. 그리고 통제변인의 경우는 그 필요성을 인식하는 학생은 거의 없었다. 즉, 연구 대상의 과학 영재 중학생들은 과학 탐구 기능의 형식적 측면 위주로 이해하는 수준이었고 구체적 탐구 상황에서 통합 탐구 기능을 사용하는 능력은 부족하였다. 따라서 과학 영재 교육에서 학생들의 창의적 문제 해결 능력을 향상시키기 위해서 각 탐구 기능을 구체적 실험 활동 속에서 표현해보는 기회를 확대해야 할 것이다.

In this study, we analyzed the integrated inquiry ability of science gifted middle school students in the specific inquiry situation called water thermometer making activity. As a result of the analysis, the science gifted students were well aware of the formal functions required in problem recognition, hypothesis establishment, and variable control, but the concrete ability to express research problems, hypotheses establishment, and variable control was very poor. In case of control variables, few students recognized the necessity. In other words, the science gifted students stayed in the level of understanding the scientific inquiry theoretically and lacked the ability to use the integrated inquiry skill in the specific inquiry situation. Therefore, in order to improve students' creative problem solving ability in science gifted education, it is necessary to expand the opportunity to express each inquiry skill in concrete experimental activities.

이 연구는 과학고에서 진행하는 Research & Education (R&E) 과제로 수행되었다. R&E 과제의 주제를 찾던 중에, 우리는 지구온난화로 지구의 평균온도는 꾸준히 상승하고 있다고 들었는데, 최근에 한파의 발생이 과거보다 더욱 빈번한 것을 경험하였다. 사전 연구들을 통해 한파의 발생은 북극진동에 의한 제트류의 변화가 영향을 주고 있으며, 이 제트류는 또한 지구온난화에 의해서도 변화할 수 있다는 것을 알았다. 그래서 우리는 지구온난화로 인해 제트류가 한파의 발생이 빈번해지는 쪽으로 변화되고 있다는 가설을 세우고, 이를 확인하기 위해 전 지구의 관측 자료를 사용하여 지구온난화, 한파, 북극진동, 그리고 이를 이어주는 제트류를 분석하였다. 일반적인 대기에서는 고위도 지역과 저위도 지역의 큰 온도 차이에 의해 고위도 지역을 둘러싼 강한 바람인 제트류가 불고 있어 북극 지역의 매우 차가운 공기가 중위도로 나가는 것을 막고 있다. 하지만, 지구온난화에 의한 온도 상승이 저위도 지역보다 고위도 지역에서 매우 크게 나타나고, 이는 고위도와 저위도 사이의 온도 차이를 감소시킨다. 감소된 온도 차이는 북극진동의 음의 상태와 유사하게 제트류를 약화시키면서 고위도 지역의 차가운 공기가 중위도 지역으로 빠져나가게 만든다. 결과적으로, 지구온난화 하에서의 빈번한 한파 발생의 원인은 위도별 불균등한 온도 상승에 의한 음의 북극진동과 관련된 제트류의 약화라고 할 수 있다. 본 연구를 통해 우리는 지구온난화와 한파라는 모순되는 현상의 관계를 과학적으로 설명할 수 있었고, 이 결과는 많은 학생들이 지구온난화와 한파라는 주제를 이해하는 데에 도움을 줄 수 있을 것이라고 생각한다.

This study is based on Research and Education (R&E) project in science high school. Recently, we heard that the Earth mean temperature has been increasing under the global warming and cold surge occurrences are more frequent relative to the past. Previous studies reported that changes of the jet stream related to the Arctic Oscillation influence cold surge occurrences and the jet stream can be changed by the global warming. Thus, we make a hypothesis that the jet stream under to the global warming are changing to make frequent cold surge occurrences. To ascertain the hypothesis, we analyze the global warming, cold surge, the Arctic Oscillation, and the jet stream using the observed data over the globe. In general atmosphere, the large temperature difference between high- and low-latitudes can make the jet stream that is the strong wind surrounding high-latitudes. The jet stream prevents the Arctic cold air from getting out mid-latitudes. Under the global warming, temperature increase in the high-latitudes is much larger than that in low-latitudes, reducing the temperature difference between high- and low-latitudes. The reduced temperature difference can force the jet stream to become weak, similar to the situation for negative Arctic Oscillation when the cold air easily gets out mid-latitudes. As a result, the reason for frequent cold surge occurrences in spite of warming trend over the globe is the weakening of jet stream formed by the unequal latitudinal warming trend, related to negative phase of the Arctic Oscillation. Though this research, we can scientifically explain the contradictory relationship between the global warming and the cold surges. The results analyzed in this study could be helpful for student to understand the global warming and the cold surges.

본 연구는 과학자를 소재로 한 과학연극 활동이 과학영재들의 창의인성교육에 미치는 효과를 탐색하는 데 목적을 두었다. 연구대상은 2014년 대학부설 과학영재교육원의 과학연극캠프에 참가한 151명 가운데 사후 설문지를 완성한 65명으로 선정하였다. 조사도구로 사전 과학자조사지와 사후 과학연극캠프보고서를 활용하였다. 사전조사에서 과학영재들은 특정 과학자를 선호하는 이유로 과학자의 ‘독창성’, 과학자의 발견에 대한 ‘지적 호기심’, 과학자의 ‘도전과 열정’, 과학자를 장래 직업으로 결정하려는 ‘동기’, 과학자의 ‘과제집착력’, 과학자에 대해 알아가는 일 자체에 대한 ‘흥미’순으로 나타났다. 사후검사에서도 학생들이 선정한 과학자를 선호하는 이유로 과학자의 ‘독창성’이 가장 높았으며, 새로운 과학자를 동료학생들에게 알려주고자 하는 ‘의사소통 욕구’와 과학자를 장래 희망으로 결정하려는 ‘동기’ 등이 사전조사보다 높아졌다. 과학연극 캠프를 종료한 후, 과학영재들은 과학연극을 통해 경험한 것으로, 과학자와 과학 이론에 대한 새로운 ‘지식 습득’, ‘협동심’, ‘연극에 대한 흥미’, ‘자신감’, ‘배려’, ‘책임감’, ‘성실성’, ‘공감’ 등을 제시하였다. 과학영재들은 과학자를 소재로 한 과학연극 활동 과정에서 과학자를 선호하는 이유와 과학연극을 통해 경험한 반응에서 창의성 요소 가운데 인지적 측면의 응답이 높게 나타났으며, 과학연극 공연을 위해 협력하는 과정을 경험함으로써 인성 요소 중 사회적 측면이 강화된 것으로 나타났다.

This research intends to examine the effect of science drama program on creativity and character education for science gifted students. Research subject was sampled from 151 new entrants to science gifted education center affiliated with university in the year 2014. 65 students among 151 new entrants who participated in science drama program were selected as research subjects due to their completion of survey instruments before and after science drama program. Before science drama, students responded with high percentages of reasons for preference to scientist’s in creativity-cognitive domains, in particular, scientists’ originality and the student’s own intelligent curiosity. After science drama, in comparison before, the science gifted students still prefer to creativity-cognitive, scientists’ originality of 30% in highest percentage. Also, communication ability increased dramatically from 1.5% to 15.4%. For non-cognitive, percentages decreased from 33% t0 25%. However, motivation increased from 7% to 9%. For character, percentages were not much changed with 12% for before and after. Regarding overall reflections, For creativity-cognitive, acquisition of knowledge showed 30% as highest percentage while scientists’ originality decreased from 30% to 3%. For creativity - non cognitive, interest (9%) and confidence (8%) increased. The percentages for character - personal and social increased from 12% to 43%. For character – personal, sympathy, care, responsibility, and diligence increased distinctly. For character – social, percentage for teamwork increased from 1% to 25%. It was recommended that science program integrated with arts may be effective for developing creativity and character.

본 연구는 고등학교 R&E 프로그램에 참여한 2명의 학생들이 변형 Wythoff 게임의 해법(순서쌍 배열)이 존재함을 증명하고 그 배열의 규칙에서 발견할 수 있는 수학적 성질을 이론적으로 탐구해 가는 과정을 면담/관찰한 사례 보고를 목적으로 한다. 학생들은 해법 알고리즘을 만들고 그 해법의 특징과 해법 순서쌍 배열에서 발견할 수 있는 사실들을 도출한 결과 3개의 보조정리와 3개의 따름 정리, 그리고 3개의 정리를 이끌어 내었다. 하지만 그들은 특정한 해법이 완전한 증명에 이르지 못하자 실험적 검증 방식을 통해 우회적인 해법을 시도하였다. 이미 3개의 정리에 대한 증명을 완성함으로써 사고의 검증기를 충분히 거쳤음에도 새로운 정리를 이끌어내기 위한 도전을 계속해 나갈 새로운 준비를 하고 있는 것이다. 이는 창의적 사고과정은 직선적이라기보다는 상호 작용적이며 반복적인 것이라고 말하며 준비기의 단계를 보다 세분했던 교묘한 조작 단계를 지나고 있음을 보여주는 한 가지 실증적 사례로 볼 수 있다.

In this paper we demonstrate how two students(in high school R&E program) are reasoning to get mathematical results in their research to find the existence of solution(ordered pairs) to the modified Wythoff game changed some of the conditions of a traditional Wythoff game, and found mathematical properties. The students created a solution algorithm and derived the facts that can be found in the features and solution order arrays of the solution, resulting in 3 lemmas, 3 corollaries and 3 theorems. However, when a particular solution fails to attain complete proof, they have attempted a roundabout solution through an experimental verification method. By completing the proofs of the three theorems, they are ready to continue the challenge to draw a new theorem even though they have passed through the verifier of the accident. This is an empirical example that shows that creative thinking processes are more interactive and repetitive than linear, and that they are going through a subtle manipulation phase that has further refined the stages of the preparation.